Министерство образования и науки Украины
по теме
«Физико-химические основы хроматографического процесса»
Содержание
1.Введение
2.Основные понятия и определения
3.Методы хроматографии
4.Сущность методов хроматографии
5.Классификация методов хроматографии
6.Аппаратура для газовой хроматографии
7.Теории хроматографии
8.Вывод
9.Список изпользуемой литературы
Введение
Газовая хроматография — один из наиболее перспективных физико-химических методов исследования, бурно развивающийся в настоящее время. Создание и успешная разработка различных вариантов газовой хроматографии привели к перевороту в области аналитического контроля и автоматизации производственных процессов нефтяной, химической и других отраслей промышленности, а также в практике научной работы. Газовая хроматография позволяет исследователю быстро и эффективно решать такие задачи, которые ранее казались неразрешимыми или требовали огромных затрат труда и времени.
Следует отметить, что широко развивающаяся высокоэффективная жидкостная хроматография своими успехами во многом обязана тем теоретическим, методическим и аппаратурным достижениям, которые к тому времени были накоплены в газовой хроматографии. В настоящее время вряд ли существует научно-исследовательская или производственная лаборатория, занимающаяся анализом летучих органических веществ, в которой отсутствовала бы хроматографическая аппаратура. Общее число газовых хроматографов, эксплуатируемых в мире, измеряется сотнями тысяч.
С их помощью можно анализировать как газообразные смеси, так и высококипящие соединения, например углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле до 100, продукты различных химических и нефтехимических синтезов, компоненты пищевых продуктов, пероксиды, сточные воды, фармацевтические продукты, пестициды и др. Разработана и успешно эксплуатируется хроматографическая аппаратура для космических исследований: с помощью спускаемых аппаратов получены данные о составе атмосферы Венеры и Марса.
Из физико-химических применений газовой хроматографии отметим изучение термодинамики сорбции, определение молекулярных масс, давления пара веществ, коэффициентов диффузии, поверхности адсорбентов и катализаторов.
Основные понятия и определения
Возможность разделения смесей на слое порошка известна давно, однако часть открытия хроматографии как метода разделения веществ принадлежит Цвету, который впервые применил в 1903г. проявительный вариант жидкостно-адсорбционной хроматографии для анализа хлорофилла. Цвет показал, что по мере движения хлорофилла в потоке растворителя по трубке, заполненной порошком мела, первоначальное зеленое кольцо расщепляется на несколько разноцветных колец, каждое из которых соответствует составной части хлорофилла. Причина такого явления связана с различной адсорбцией составных частей хлорофилла мелом. Цвет назвал свой метод хроматографией, т. е. цветописью, хотя сам же указал, что этим способом можно разделять и бесцветные вещества. До 1914г. Цвет опубликовал несколько статей по хроматографии, но после его работ метод не получил широкого развития. Сейчас об этом времени говорят как о «скрытом периоде развития хроматографии, поскольку было опубликовано лишь несколько работ, в частности швейцарского ученого Дере и американца
Лишь в 1931г. Куном, Винтер-штейном и Ледерером были воспроизведены первоначальные опыты Цвета (на примерах разделения каротина моркови, лепестков одуванчика и желтка куриного яйца). Столь длительное забвение ставших теперь классическими исследований в немалой степени было связано с отрицательными отзывами авторитетов того времени, которые не смогли понять всей глубины открытия молодого ученого.
В 1940—1942гг. Тизелиусом и Клессоном были предложены фронтальный и вытеснительный методы хроматографии. Первая фронтально-вытеснительная хроматограмма паров толуола и этанола на колонке с углем получена Дубининым с сотр. Из ранних исследований по адсорбционному разделению в газовой фазе следует отметить работы Кремер, Шуфтана, Петерса, Гессе, Тернера и Дамкёлера, выполненные в 1933—1943 гг.
В 1941 г. Мартин и Синг предложили метод распределительной хроматографии в жидкостно-жидкостном варианте и указали на возможность осуществления газожидкостной хроматографии, что, однако, практически не было использовано до 1952г., когда Джеймс и Мартин создали теорию процесса и разработали конкретную методику анализа жирных кислот. Мартин с сотрудниками разработали также метод бумажной распределительной хроматографии. В 1952г. за исследования в области распределительной хроматографии Мартин и Синг были удостоены Нобелевской премии по химии. Всего за разработку различных вариантов хроматографии, а также за исследования в области химии, физиологии и медицины, в которых хроматография играла значительную роль, было присуждено 14 Нобелевских премий, о возможности разделения смесей на бумаге имеются и более ранние сообщения. Разделение веществ на тонком слое адсорбента впервые было осуществлено Измайловым и Шрайбер.
Гель-хроматография предложена в 1959г. Поратом и Флодином, аффинная хроматография — в 1967г. Поратом, Аксеном и Эрнбеком. Различные варианты однофазной хроматографии были разработаны Гиддингсом. Из исследований в области электрохроматографии следует отметить опубликованную в 1937г. работу Тизелиуса (электро-форетическое разделение белков) и метод изотахофореза, предложенный Константиновым и Ошурковой. Первая работа по газовой хроматографии в была выполнена в 1949г. Туркельтаубом под руководством Жуховицкого и Гольберта. Через два года Жуховицкий, Золотарева, Соколов и Туркельтауб предложили метод хроматермографии, а впоследствии — различные модификации этого метода с использованием движущегося температурного поля. Вяхирев одновременно с Янаком в 1953г. предложили простой метод детектирования выходящих из хроматографической колонки веществ при помощи бюретки со щелочью, поглощающей газ-носитель (СО2). Этот прием на соответствующем этапе нашел широкое применение в лабораторной практике.
Следующий качественный скачок в развитии газовой хроматографии связан с работами Голея, предложившего в 1957 г. использовать в качестве колонок длинные капилляры, что значительно повысило эффективность разделения. Это дало возможность проводить детальный анализ смесей, включающих десятки и сотни индивидуальных компонентов. Приблизительно в то же время были изобретены высокочувствительные пламенно-ионизационный и ионизационный детекторы.
В 1962г. Жуховицкий и Туркельтауб разработали методы вакантохроматографии и ступенчатой хроматографии. Первый метод основан на применении вместо газа-носителя исследуемой пробы, а вместо пробы — инертного газа; второй связан с применением в проявительной хроматографии больших проб. Дальнейшие исследования привели к созданию оригинального комплекса хроматографических методов — хроматографии без газа-носителя.
В последующие годы начали проводить широкие исследования в области создания новых адсорбентов, что дало возможность использовать газовую хроматографию для анализа высококипящих соединений. В 60-е годы развивается реакционная газовая хроматография— гибридный метод, включающий химические превращения веществ и их хроматографическое разделение. Развитие получили и другие гибридные методы, в частности хромато-масс-спектрометрия. В 1962г. появилась первая работа в области газовой хроматографии при давлении выше 10 МПа (что отвечало сверхкритическому состоянию использованных подвижных фаз), а с 1966г. начались детальные исследования по газовой хроматографии с неидеальными элюентами.
В 1975 г. Жуховицким с сотр. был предложен метод хрома-дистилляции.
С 60-х годов значительное развитие получило применение газовой хроматографии в физико-химических исследованиях, в частности в изучении процессов сорбции и катализа. Эти работы в сочетании с глубокими исследованиями в области теории хроматографического процесса в значительной степени способствовали превращению хроматографии из метода анализа в самостоятельную научную дисциплину, раздел современной физической химии.
Наконец, сильно возрос интерес к исследованию природных хроматографических процессов генезиса и миграции нефти (первые работы в этой области проводились еще в конце прошлого века Деем), различных биологических и экологических хроматографических явлений.
Методы хроматографии
В основу той или иной классификации хроматографических методов могут быть положены различные характерные признаки процесса. Рассмотрим эти способы классификации и определим место различных вариантов газовой хроматографии в общем ряду хроматографических процессов. При этом следует учитывать, что в каждом случае существуют промежуточные методы и варианты, не укладывающиеся в рамки строгой классификации.
Более того, именно такие промежуточные варианты часто оказываются весьма перспективными и даже единственно возможными для решения самых сложных задач анализа и определения физико-химических свойств веществ.
В зависимости от способа перемещения сорбатов вдоль слоя сорбента различают проявительный (элюционный), фронтальный, вытеснительный методы и электрохроматографию.
Проявительный (элюционный) метод заключается в том, что сорбаты переносятся через сорбционный слой потоком вещества (элюента), сорбирующегося хуже любого из сорбатов. Вообще говоря, это условие не является обязательным. Если через сорбционный слой пропускается поток сорбирующейся подвижной фазы и в какой-то момент вводится проба разделяемой смеси, то каждый компонент этой смеси будет перемещаться по слою со скоростью, зависящей от коэффициента распределения его между подвижной фазой и неподвижной фазой, включающей сорбент и сорбированное количество элюента.